Desenvolvimento de protetor solar natural, vegano e sustentável por meio de Quality by Design

Abstract

O câncer de pele não melanoma é o mais frequente no Brasil e a sua principal causa é a exposição excessiva à radiação ultravioleta (RUV). O uso de protetores solares é eficaz para proteger a pele. Nesse sentido, os filtros solares químicos (orgânicos) são comumente usados em formulações fotoprotetoras devido à sua alta capacidade de filtrar a RUV, contudo apresentam preocupações relacionadas a reações fotoirritantes ou fotossensibilizantes. Em contrapartida, os filtros solares físicos (inorgânicos ou minerais) - óxido de zinco (ZnO) e dióxido de titânio (TiO2) - destacam-se pelo baixo potencial alergênico e amplo espectro de proteção contra a RUV. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um protetor solar natural, fisicamente estável e de elevada qualidade através da aplicação da abordagem Quality by Design (QbD). Primeiramente, foi desenvolvido o veículo emulsionado seguido do desenvolvimento do protetor solar. Um planejamento fatorial completo 23 foi empregado para avaliar os efeitos das concentrações de polyglyceryl-2 stearate, glyceryl stearate, stearyl alcohol (PSGSSA), brassica glycerides (BG) e goma xantana (XG) na viscosidade aparente e no índice de instabilidade (Iindex) do veículo emulsionado. Posteriormente, outro planejamento fatorial completo 23 foi utilizado para avaliar os efeitos da concentração de ZnO, TiO2 e ácido fítico (PA) no Iindex da formulação do protetor solar. Ambos os domínios experimentais foram construídos variando-se três fatores em dois níveis (-1,0 e +1,0) e, em ambos, foram incluídos três pontos centrais (0,0) para estimar o erro intrínseco. Outros ingredientes da formulação foram óleo e extrato natural, agente antioxidante, modificador reológico e sensorial, formador de filme, umectantes, conservantes e emolientes. Todos os termos hierárquicos e interações foram avaliados por análise de variância e os modelos matemáticos foram determinados por regressão linear. Uma falta de ajuste não significativa foi considerada apropriada para modelar a previsão. Também foram determinados valores de R2, R2 ajustado e precisão adequada. O Iindex do veículo emulsionado foi influenciado pelas concentrações de PSGSSA e BG, enquanto sua viscosidade aparente foi influenciada pelas concentrações de PSGSSA e XG e pelas interações entre PSGSSA, BG e XG. O Iindex do protetor solar foi influenciado principalmente pelas concentrações de ZnO e PA. Os modelos matemáticos desenvolvidos foram robustos e foram utilizados para prever composições ótimas das formulações de veículo emulsionado e protetor solar dentro dos domínios experimentais, que foram: 8% de PSGSSA, 3% de BG e 0,3% de XG; e 6,3% de ZnO, 2% de TiO2 e 1% de PA, respectivamente. As formulações otimizadas atenderam plenamente aos Perfis Alvos de Qualidade de Produto, demonstrando a eficácia da abordagem QbD no desenvolvimento de um protetor solar natural, vegano, sustentável, fisicamente estável e de alta qualidade.

Abstract: Non-melanoma skin cancer is the most common in Brazil and its main cause is excessive exposure to ultraviolet radiation (UVR). The use of sunscreens is effective in protecting the skin. In this regard, chemical (organic) sunscreens are commonly employed in photoprotective formulations due to their high capacity to filter UVR, however they raise concerns regarding photoirritating or photosensitizing reactions. In contrast, physical sunscreens (inorganic or mineral) - zinc oxide (ZnO) and titanium dioxide (TiO2) - stand out for their low allergenic potential and broad spectrum of protection against UVR. In this context, the objective of this work was to develop a natural, physically stable and high quality sunscreen through the application of the Quality by Design (QbD) approach. Firstly, an emulsified vehicle was developed, followed by the formulation of the sunscreen. A 23 full factorial design was employed to assess the effects of the concentrations of polyglyceryl-2 stearate, glyceryl stearate, stearyl alcohol (PSGSSA), brassica glycerides (BG), and xanthan gum (XG) on the apparent viscosity and instability index (Iindex) of the emulsified vehicle. Subsequently, another 23 full factorial design was used to evaluate the effects of the concentration of zinc oxide (ZnO), titanium dioxide (TiO2), and phytic acid (PA) on the Iindex of the natural sunscreen formulation. Both the experimental domains were constructed by varying three factors in two levels (-1.0 and +1.0), and three central points (0.0) were included in both to estimate the intrinsic error. Other formulation ingredients were natural oil and extract, antioxidant agent, rheological and sensory modifier, film former, humectants, preventatives, and emollients. All hierarchical terms and interactions were evaluated by analysis of variance and mathematical models were determined by linear regression. A non-significant lack-of-fit was considered appropriate to model prediction. Values of R2, adjusted R2, and adequate precision were also determined. The Iindex of the emulsified vehicle was influenced by the concentrations of PSGSSA and BG, while its apparent viscosity was influenced by PSGSSA and XG concentrations, and by interactions among PSGSSA, BG, and XG. The Iindex of the sunscreen formulation was influenced mainly by ZnO and PA concentrations. The mathematical models developed were robust and were used to predict optimal emulsified vehicle and sunscreen formulation compositions within the experimental domains, which were: 8% of PSGSSA, 3% of BG, and 0,3% of XG; and 6.3% of ZnO, 2% of TiO2 and 1% of PA, respectively. The optimized formulations fully met the Quality Target Product Profiles, demonstrating the effectiveness of the QbD approach in developing a physically stable, high-quality natural sunscreen.